【摘 要】氣象探測(cè)技術(shù)體系作為整個(gè)氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，以衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、雷達(dá)、影視技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為主要內(nèi)容的各類現(xiàn)代化探測(cè)手段已經(jīng)或正在滲透到氣象建設(shè)的方方面面，隨著氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化、智慧化發(fā)展需要，鄭州應(yīng)組建科學(xué)的多元化垂直探測(cè)技術(shù)體系，積累多元化垂直探測(cè)氣象資料。

【關(guān)鍵字】組建；多元化；垂直；探測(cè)；建議

中圖分類號(hào)： P4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）03-0210-003

Suggestions on Establishing Diversified Meteorological Vertical Exploration Technology System in

CUI Can

（Zhengzhou Meteorological Bureau， Zhengzhou 450005， China）

【Abstract】As an important part of the modernization of meteorological services， meteorological sounding system has been or is being infiltrated into all aspects of meteorological construction with modern communication methods such as satellite communications， mobile communications， radar， video technology and computer application technology With the modernization of meteorological services and the need of smart development， Zhengzhou should establish a scientific and diversified vertical exploration technology system and accumulate diversified vertical exploration weather data.

【Key words】Formation； Diversity； Vertical； Detection； Suggestion

0 引言

隨著氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)持續(xù)深入推進(jìn)，以衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為主要內(nèi)容的各類現(xiàn)代化信息化技術(shù)探測(cè)手段已經(jīng)或正在滲透到氣象建設(shè)的方方面面，科學(xué)合理組建鄭州多元化垂直探測(cè)技術(shù)體系談幾點(diǎn)看法。

根據(jù)河南省人民政府和中國(guó)氣象局聯(lián)合制定的河南省“十三五”氣象事業(yè)發(fā)展規(guī)劃，中國(guó)氣象局制定的“綜合氣象觀測(cè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2025）”、2018年全國(guó)氣象局長(zhǎng)會(huì)議工作報(bào)告、2018年全省氣象工作會(huì)議暨省政府氣象災(zāi)害防御暨人工影響天氣指揮部工作會(huì)議精神，結(jié)合河南省和全國(guó)高空氣象的實(shí)際，為落實(shí)國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略，圍繞鄭州國(guó)家中心城市建設(shè)戰(zhàn)略，提出相關(guān)建議。

1 主要問題

我國(guó)的氣象信息系統(tǒng)主要由地基、空基和天基系統(tǒng)構(gòu)成。其中常規(guī)高空氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的垂直氣象信息系統(tǒng)。常規(guī)高空氣象主要探測(cè)距地1～30km高空溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向風(fēng)速等基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)。經(jīng)歷60多年投入數(shù)百億資金積累的高空氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)，是無法用金額度量的。他為氣象、航空航天、國(guó)防、環(huán)境及其它國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著基礎(chǔ)的支撐作用。在“攻堅(jiān)克難，守護(hù)碧水藍(lán)天”中，高空氣象數(shù)據(jù)不可缺少。

基于社會(huì)發(fā)展需要和氣象、航空航天、環(huán)境及其它國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)的需求，我國(guó)常規(guī)高空氣象存在明顯的薄弱環(huán)節(jié)。

一是垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)不能滿足社會(huì)發(fā)展需求。面對(duì)變化復(fù)雜的天氣變化，網(wǎng)格300km的高空氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)每天進(jìn)行07、19時(shí)兩個(gè)時(shí)次的常規(guī)氣象探測(cè)，捕獲天氣過程能力較低；對(duì)數(shù)十公里、甚至數(shù)公里范圍的天氣事件，如龍卷風(fēng)、冰雹過程，雖能個(gè)別指標(biāo)有所反映，但其精細(xì)監(jiān)測(cè)化能力更顯不足。現(xiàn)行垂直氣象探測(cè)主要集中在距地30km以內(nèi)，30km以上的中空甚至高空，以科研項(xiàng)目試驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)為主，缺乏系統(tǒng)性探測(cè)數(shù)據(jù)。與大氣現(xiàn)象密切的云雨層表示數(shù)據(jù)、邊界層數(shù)據(jù)、對(duì)流層頂數(shù)據(jù)不能滿足需求。新型探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的完整性、可靠性存在許多技術(shù)難題。

三是氣球探測(cè)空域存在安全隱患。高空氣象監(jiān)測(cè)初期，我國(guó)的民航運(yùn)輸幾乎為零，隨著航空行業(yè)的發(fā)展，特別是商業(yè)航空的發(fā)展，常規(guī)高空氣象探測(cè)空域資源日趨緊張。飛行空域又離不開常規(guī)高空氣象信息服務(wù)保障，存在空域資源與保障需求的相互矛盾狀態(tài)。存在探測(cè)空域的“相撞”隱患。

常規(guī)高空氣象探測(cè)降落點(diǎn)信息不明。我國(guó)現(xiàn)行高空氣象探測(cè)，遇到信號(hào)消失或得到球炸的信息，就終止高空氣象觀測(cè)，降落點(diǎn)信息不明，存在安全隱患。降落過程中是否對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)造成損失，如何避免損失？對(duì)造成的損失如何彌補(bǔ)等對(duì)策缺失。

四是濕度傳感低溫失效問題。我國(guó)現(xiàn)行高空氣象所用濕度傳感器到達(dá)-50℃，感應(yīng)性能下降，-60℃，得到的數(shù)據(jù)失效，制約常規(guī)高空氣象的完整性、準(zhǔn)確性、代表性。

五是觀測(cè)信號(hào)干擾問題。鄭州01時(shí)高空氣象探測(cè)本來是為軍航、民航提供數(shù)據(jù)服務(wù)的，而機(jī)場(chǎng)在02時(shí)再次進(jìn)行探測(cè)，不但造成資源浪費(fèi)，而且形成同頻信號(hào)干擾，影響既定探測(cè)業(yè)務(wù)。

六是現(xiàn)行高空氣象數(shù)據(jù)處理軟件滯后科研、業(yè)務(wù)需求，與氣象“十三五”規(guī)劃存在脫節(jié)之處。制約相關(guān)氣象預(yù)測(cè)預(yù)警、人工影響天氣、環(huán)境氣象等業(yè)務(wù)的發(fā)展，常規(guī)高空氣象數(shù)據(jù)與新型多元化垂直探測(cè)系統(tǒng)同步性問題逐漸清晰化，亟待解決。

七是垂直氣象數(shù)據(jù)融合度偏低。垂直氣象“數(shù)據(jù)孤島”問題較明顯，常規(guī)高空氣象數(shù)據(jù)、氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)、氣溶膠雷達(dá)數(shù)據(jù)、微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性低，缺少統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，影響數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用。天氣過程監(jiān)測(cè)所需數(shù)據(jù)產(chǎn)品單一，數(shù)據(jù)表示的直觀性不足，場(chǎng)景化處理（圖形圖像處理）支撐數(shù)據(jù)不足。

八是數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)薄弱。系統(tǒng)可靠性依據(jù)廠商報(bào)告，缺少第三方技術(shù)報(bào)告。系統(tǒng)部署后，實(shí)際與廠商報(bào)告往往存在差異。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制手段單一，新型探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程的存在不透明處。有的探測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)考評(píng)樣本偏少，導(dǎo)致質(zhì)量降低。

2 分析

2.1 與探測(cè)體制形成、發(fā)展有關(guān)

我國(guó)垂直氣象探測(cè)起步于建國(guó)初期，以高空氣象探測(cè)為代表。經(jīng)歷從無到有、從原始落后到科學(xué)的發(fā)展歷程。高空氣象按照傳感器的發(fā)展，主要經(jīng)歷機(jī)械傳感器和電子傳感器兩個(gè)時(shí)代。按照高空氣象數(shù)據(jù)處理方式，經(jīng)歷人工處理、計(jì)算器具輔助處理、計(jì)算機(jī)輔助處理、軟件系統(tǒng)處理等主要階段。我國(guó)常規(guī)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)是基于世界氣象組織的業(yè)務(wù)技術(shù)指南設(shè)計(jì)的。氣象數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過世界氣象組織確認(rèn)的。常規(guī)高空氣象為我國(guó)在該領(lǐng)域直接探測(cè)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為目前該空域代表性、比較性、準(zhǔn)確性最好的氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

我國(guó)的常規(guī)高空氣象有120個(gè)高空氣象站（簡(jiǎn)稱高空站），基本上按照300km左右網(wǎng)格距部署。大部分高空站每天進(jìn)行07、19時(shí)兩個(gè)時(shí)次的探測(cè)。全國(guó)有30多個(gè)一級(jí)高空站，除每天進(jìn)行07、19時(shí)兩個(gè)時(shí)次的探測(cè)外，還要承擔(dān)01時(shí)的高空氣象探測(cè)。我省有3個(gè)高空站，其中鄭州為一級(jí)高空站，盧氏為雷達(dá)單獨(dú)測(cè)風(fēng)站。

我國(guó)垂直氣象探測(cè)業(yè)務(wù)的現(xiàn)實(shí)是基于社會(huì)、科技發(fā)展實(shí)際所決定，由財(cái)政投入所形成的。

這些問題的暴露是隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展、社會(huì)需求、業(yè)務(wù)需求的變化逐步被從事相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到的。有的問題在一定區(qū)域一定情況下表現(xiàn)比較突出。如空域資源緊張問題，在人口密度較大、航空業(yè)務(wù)發(fā)達(dá)的區(qū)域，安全隱患問題可能會(huì)表現(xiàn)更突出。

2.2 科技進(jìn)步是解決問題的關(guān)鍵

為解決高空氣象數(shù)據(jù)時(shí)空分辨率問題，20世紀(jì)90年代，科技專家提出“無球探空”的構(gòu)想。幾十年過去了，“無球探空”仍路途遙遠(yuǎn)。值得欣慰的是，常規(guī)高空氣象相聯(lián)系的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、飛機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)廓線雷達(dá)（聲雷達(dá)）數(shù)據(jù)、微波輻射數(shù)據(jù)、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)先后出現(xiàn)，讓我們看到了希望。飛機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)為直接觀測(cè)數(shù)據(jù)，但受飛行路線、飛行高度、飛行時(shí)間、數(shù)據(jù)采集環(huán)境、數(shù)據(jù)處理方式的制約，觀測(cè)數(shù)據(jù)存在較大的不確定性。衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)、風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計(jì)為現(xiàn)代新型的遙感遙測(cè)數(shù)據(jù)，為間接觀測(cè)數(shù)據(jù)，受資料同化技術(shù)、氣象條件、地基設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件等制約，其數(shù)據(jù)系統(tǒng)適應(yīng)性、完整性存在一定的不足和不確定因素。無云情況下，衛(wèi)星反演的高空氣象數(shù)據(jù)完整性、系統(tǒng)性制約條件更多?，F(xiàn)實(shí)情況下，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、飛機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計(jì)以及激光雷達(dá)的同類型數(shù)據(jù)，均需以常規(guī)高空氣象為基礎(chǔ)參照數(shù)據(jù)進(jìn)行校標(biāo)。要完全替代現(xiàn)有探測(cè)方式，需要進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)積累、科學(xué)的數(shù)據(jù)分析，兼容性地繼承已有高空數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在遙感遙測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)融合良好的情況下，替代現(xiàn)行常規(guī)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“無球探空”的跨時(shí)代目標(biāo)。從全球氣象數(shù)據(jù)均一化的角度，估計(jì)今后三十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，常規(guī)氣象探測(cè)與新型遙感式數(shù)據(jù)并存的現(xiàn)狀將成為常態(tài)。

2.3 改革開放是解決問題重要手段

科學(xué)技術(shù)問題涉及許多具體環(huán)節(jié)、關(guān)鍵技術(shù)，需要進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，其解決過程依據(jù)其技術(shù)難度、知識(shí)水平、科學(xué)決策的實(shí)際而定，應(yīng)該打破行業(yè)部門、區(qū)域界限，以創(chuàng)新的理念、辯證思維、改革開放的觀念、實(shí)事求是觀點(diǎn)科學(xué)面對(duì)。

根據(jù)我省進(jìn)行“三個(gè)高地”的建設(shè)以及鄭州國(guó)家中心城市發(fā)展戰(zhàn)略、國(guó)際航空港的發(fā)展的有利環(huán)境，依托鄭州的資源優(yōu)勢(shì)，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀科技成果，推動(dòng)鄭州高空氣象技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

3 對(duì)策與建議

基于上述認(rèn)識(shí)，在國(guó)內(nèi)尚未設(shè)立多元化垂直氣象探測(cè)技術(shù)基地，缺少多元化垂直氣象探測(cè)技術(shù)發(fā)展平臺(tái)情況下，建議在鄭州設(shè)立“多元化垂直氣象探測(cè)發(fā)展基地”，解決現(xiàn)有垂直氣象技術(shù)中存在的問題。

“多元化垂直氣象發(fā)展基地”的基本目標(biāo)是，按照“公共氣象、安全氣象、資源氣象、生態(tài)環(huán)境氣象”發(fā)展需要，通過基地建設(shè)解決現(xiàn)行高空氣象系統(tǒng)中的問題，推動(dòng)我國(guó)多元化垂直氣象技術(shù)的發(fā)展；通過建設(shè)“多元化垂直氣象發(fā)展基地”落實(shí)“三個(gè)高地”的“中西部地區(qū)科技創(chuàng)新高地、基本形成內(nèi)陸開放高地”建設(shè)和加快鄭州國(guó)家中心城市發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)“智慧城市”進(jìn)程；通過構(gòu)建國(guó)內(nèi)外科學(xué)技術(shù)平臺(tái)促進(jìn)“鄭州國(guó)際硅谷”建設(shè)，促進(jìn)我市信息產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)進(jìn)入新的時(shí)代，增強(qiáng)我市在“一帶一路”區(qū)位優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)我市科技、教育、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

多元化垂直氣象探測(cè)觀測(cè)站在相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)下，按照中國(guó)氣象局和河南省人民政府的部署，履行主要職責(zé)有：

（1）開展多元化垂直氣象探測(cè)技術(shù)調(diào)研活動(dòng)，掌握國(guó)內(nèi)外多元化垂直氣象技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)；收集、整理、翻譯國(guó)內(nèi)外有關(guān)垂直氣象信息技術(shù)文獻(xiàn)，收集、整理、研究國(guó)內(nèi)外歷史垂直氣象數(shù)據(jù)及處理方法，為相關(guān)技術(shù)部門基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

（2）協(xié)助主管部門舉辦國(guó)內(nèi)外有關(guān)多元化垂直氣象技術(shù)發(fā)展的國(guó)內(nèi)外氣象組織、高等院校、科研機(jī)構(gòu)、高新技術(shù)企業(yè)的學(xué)術(shù)交流和技術(shù)合作；參加國(guó)內(nèi)外有關(guān)多元化垂直氣象科技交流活動(dòng)。

（3）深度參與國(guó)際多元化垂直氣象儀器及其數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)比、測(cè)試、質(zhì)量跟蹤活動(dòng)。

（4）組織科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，研究多元化垂直氣象探測(cè)科研課題；協(xié)助主管部門進(jìn)行多元化垂直氣象探測(cè)科研成果的現(xiàn)場(chǎng)化試驗(yàn)。

（5）構(gòu)建國(guó)內(nèi)外新型、高性能雷達(dá)研制、測(cè)試、試驗(yàn)、終端處理技術(shù)科研平臺(tái)。建立新型、高性能雷達(dá)數(shù)據(jù)評(píng)估系統(tǒng)。

（6）研制基于L波段雷達(dá)高空氣象探測(cè)、GPS衛(wèi)星高空氣象探測(cè)、北斗衛(wèi)星高空氣象探測(cè)、新型自動(dòng)探空系統(tǒng)優(yōu)化的常規(guī)高空氣象數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)；通過技術(shù)攻關(guān)，研制國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流的常規(guī)氣象實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外多元化垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)在此領(lǐng)域的空白。

（7）主動(dòng)征求氣象數(shù)據(jù)處理分析部門、高空氣象臺(tái)站、氣象雷達(dá)站、氣象預(yù)報(bào)預(yù)警、人工影響天氣、環(huán)境氣象、航空部門的意見建議，研究改進(jìn)現(xiàn)有現(xiàn)有垂直氣象探測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)垂直氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理軟件進(jìn)行系統(tǒng)化、產(chǎn)品化處理，推廣應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)垂直氣象科學(xué)技術(shù)成果，促進(jìn)垂直氣象技術(shù)升級(jí)換代，構(gòu)建符合本地實(shí)際的國(guó)內(nèi)新一代多元化垂直氣象探測(cè)服務(wù)系統(tǒng)。

（8）配合中國(guó)氣象局相關(guān)科技部門、中科院、高等院校等單位相關(guān)部門，采用合作的方式，通過科學(xué)研究、科技實(shí)驗(yàn)，逐步解決常規(guī)高空氣象中存在關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

（9）結(jié)合鄭州國(guó)際航空港建設(shè)，構(gòu)建常規(guī)高空氣象與探測(cè)空域飛行業(yè)務(wù)間友好相遇的握手機(jī)制解決探測(cè)空域安全隱患問題；研制雙程高空氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)解決常規(guī)高空氣象探測(cè)球炸后造成氣球降落信息不明的安全隱患。

（10）主動(dòng)參加國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代測(cè)試（分硬件系統(tǒng)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)測(cè)試）技術(shù)交流；研究基于現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)多元化垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)，構(gòu)建基于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多元化垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制平臺(tái)。

（11）加強(qiáng)多元化氣象探測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的梯型風(fēng)能、太陽(yáng)能資源評(píng)估與利用，研制多元化垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的梯型風(fēng)能、太陽(yáng)能資源信息服務(wù)系統(tǒng)。

（12）進(jìn)行多元化垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)融合技術(shù)交流和合作，研制、推廣新型多元化垂直氣象探測(cè)數(shù)據(jù)融合平臺(tái)。研制三維氣象數(shù)據(jù)場(chǎng)景化信息系統(tǒng)。

4 結(jié)語

隨著氣象現(xiàn)代化探測(cè)設(shè)備業(yè)務(wù)化運(yùn)行，鄭州局垂直氣象探測(cè)設(shè)備單一，收集的氣象情報(bào)資料不能滿足公共氣象、安全氣象、資源氣象等氣象精細(xì)化、個(gè)性化的預(yù)測(cè)預(yù)警需要，組建和完善鄭州多元化垂直氣象探測(cè)觀測(cè)體系，才能充分發(fā)揮精細(xì)化和個(gè)性化的預(yù)測(cè)預(yù)警能力，使其能更好的為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。

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